Summary
Den foreslåtte teknikken vil gi en ny, effektiv, sparsom og ikke-invasiv tilnærming for avbildning av fluidisk strømning gjennom en pakket pulverseng, noe som gir høy romlig og tidsmessig oppløsning.
Abstract
Utviklingen av nye bildebehandlingsteknikker for molekylær og kolloidal transport, inkludert nanopartikler, er et område med aktiv undersøkelse i mikrofluidiske og millifluidiske studier. Med fremkomsten av tredimensjonal (3D) utskrift har et nytt domene av materialer oppstått, og dermed økt etterspørselen etter nye polymerer. Spesielt opplever polymerpulver, med gjennomsnittlige partikkelstørrelser i størrelsesorden en mikron, en økende interesse fra akademiske og industrielle samfunn. Kontroll av materialtunabilitet på mesoskopisk til mikroskopisk lengdeskala skaper muligheter for å utvikle innovative materialer, for eksempel gradientmaterialer. Nylig har et behov for polymerpulver i mikronstørrelse vokst, ettersom klare applikasjoner for materialet utvikler seg. Tredimensjonal utskrift gir en prosess med høy gjennomstrømning med en direkte kobling til nye applikasjoner, og driver undersøkelser av fysiokjemiske og transportinteraksjoner på mesoskala. Protokollen som diskuteres i denne artikkelen gir en ikke-invasiv teknikk for å avbilde væskestrøm i pakkede pulversenger, noe som gir høy temporal og romlig oppløsning mens du utnytter mobil teknologi som er lett tilgjengelig fra mobile enheter, for eksempel smarttelefoner. Ved å benytte en felles mobil enhet, blir bildebehandlingskostnadene som normalt ville være forbundet med et optisk mikroskop, eliminert, noe som resulterer i en nøysom vitenskapelig tilnærming. Den foreslåtte protokollen har vellykket karakterisert en rekke kombinasjoner av væsker og pulver, og skaper en diagnostisk plattform for rask avbildning og identifisering av en optimal kombinasjon av væske og pulver.
Introduction
Blekkskriverbasert bindemiddel som stråler inn i pulvermedier representerer en viktig teknologi innen additiv produksjon (3D-printing). Bindemiddelstråleprosessen begynner med avsetning av funksjonelle væsker i pulvermedier ved hjelp av en skanneblekkutskriftsprosess. Spesielt oversetter et blekkskriverhode over pulveroverflaten, avsetter det flytende bindemiddelet på en pulveroverflate, og danner dermed en solid del på en lag-for-lag-måte-måte1. Inkjet-baserte bindemiddelstråleteknologier inkluderer vanligvis sand, metallpulver og polymerpulver. For å utvide materialenes plass i bindemiddelspyling, er det imidlertid nødvendig med en grunnleggende tilnærming til å undersøke væskepulver- og pulverpulverinteraksjoner, tribologi, pulverpakningstetthet og partikkelaggregering. Spesielt for væske-pulver-interaksjoner eksisterer det et kritisk behov for evnen til å avbilde væskestrøm gjennom pulversenger i sanntid. Dette lover å være et kraftig verktøy for forskere å inkludere som karakteriseringsteknikk og potensielt som en screeningsmetode for forskjellige kombinasjoner av væsker og pulver 2,3,4, samt mer komplekse systemer, for eksempel betong 3D-utskriftssystemer som bruker partikkel-seng metoder.
Utviklingen av nye bildebehandlingsteknikker for molekylær og kolloidal transport, inkludert nanopartikler, er et aktivt undersøkelsesområde i mikrofluidiske og millifluidiske studier. Probing intermolekylære interaksjoner ved bildebehandlingsteknikker kan være utfordrende, da lite arbeid har blitt gjort for å undersøke disse typer interaksjoner under betingelsene for umettet og ustabil væskestrøm. Mange av studiene som er rapportert i litteraturen har fokusert på et mettet, forfuktet, porøst medium, som glassperle 5,6,7,8,9,10,11,12 og jord 13,14,15,16,17,18 . Denne teknikken gir en ikke-invasiv tilnærming, noe som resulterer i høy temporal og romlig oppløsning 2,3,4,19. Videre gir den utviklede teknikken en ny metode for å karakterisere og kvantifisere nanoskala og mikronskala partikkeltransport i en rekke porøse medier, med fokus på polymerpulver.
Den foreslåtte teknikken benytter en mobil enhet for å registrere umettet, ustabil fluidisk transport gjennom porøse polymere medier med partikkeldimensjoner som er representative for pulverene som brukes i 3D-utskriftssystemer som bruker fluidisk pulversengfusjonsteknologi. Denne teknikken er fordelaktig da flytcellene er kostnadseffektive, gjenbrukbare, små og lett håndterte, og illustrerer de dominerende aspektene ved nøysom vitenskap. Evnen til å implementere disse enkle eksperimentene i en feltstudie er veldig grei, og eliminerer komplikasjonene, kostnadene og tiden som kreves i optisk mikroskopi. Gitt det enkle oppsettet, tilgangen til raske resultater og det minimale antallet prøvekrav, er denne teknikken en optimal plattform for diagnostisk screening.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Klargjøre den mikrofluidiske strømningscellen
MERK: For denne protokollen vil en kommersiell mikrofluidisk strømningscelle bli benyttet. Ved å bruke et kommersielt produkt som er designet for lysinntrengning fra et optisk mikroskop, vil eventuelle utfordringer med lysfeltbelysning av mediet minimeres.
- Begynn å forberede den mikrofluidiske strømningscellen ved å dekke utløpet med parafilm for å forsegle den ene enden av kanalen slik at den tomme strømningscellen kan pakkes med polymerpulver. Før du starter eksperimentet, må du bekrefte at den mikrofluidiske kanalen er ren og tørr.
- Teip den metriske papirlinjalen rett under flytkanalen.
- Vei den mikrofluidiske strømningscellen med parafilmen og linjalen festet. Massen til strømningscellen er den utpakkede strømningscellemassen (mu).
2. Pakk pulveret inn i kanalen
- Når du pakker pulveret, bruk en plastpipett for å overføre pulveret. Vær oppmerksom på at partikler kan feste seg på utsiden av pipetspissen, noe som er et resultat av triboladning.
- Mens pulveret føres inn i kanalen, banker du på flytcellen minst fem ganger for å komprimere pulveret. Fortsett å pakke til pulveret når begynnelsen av åpningen av strømningskanalen.
MERK: Tapping komprimerer pulveret i kanalen med mål om å gi et reproduserbart diagnostisk verktøy. For visse bruksområder kan denne innsatsen være et høyere, lavere eller ekvivalent nivå av pulverkomprimering enn komprimeringen som observeres ved anvendelse av interesse. Hvis det er problemer med reproduserbarheten av tapping eller med pakkepulver i applikasjonen, bør du vurdere å utføre ASTM D7481-1820. - Fjern pulveret som er tilstede på den ytre overflaten av flytcellen med en våtserviett dynket i alkohol.
MERK: Noen typer partikler kan være hydrofobe, så vann kan ikke fjerne partiklene godt.
- Mens pulveret føres inn i kanalen, banker du på flytcellen minst fem ganger for å komprimere pulveret. Fortsett å pakke til pulveret når begynnelsen av åpningen av strømningskanalen.
- Når pulveret er pakket, inspiser flytcellen visuelt for løst pakket pulver. Hvis pulveret i flytcellen er løst pakket (figur 1), trykker du på flytcellen fem ganger til. Hvis pulverpakningen virker konsistent og kompakt, veier du flytcellen for å måle massen til det polymere pulveret (m p-m u; se ligning 1).
- Beregn bulkpakningstettheten (ρ) ved å bruke forskjellen mellom den utpakkede (m u) og pakkede flytcellemassen (mp) og dividere den med volumet av strømningscellen. Volumet av strømningscellen er da kjent [lengde (l): 50 mm, bredde (b): 5 mm, kanaldybde (h): 0,8 mm].
EQ 1 - Bekreft at pakningstettheten er i det typiske området fra 0,45 g / ml til 0,55 g / ml for polymerpulver 2,3,4,21. La flytcellene ligge i avtrekksdekselet til trinn 3 og 4 er fullført.
Partikler med en diameter på mindre enn 10 μm kan trenge inn i lungene og potensielt komme inn i blodet, noe som kan forårsake helseproblemer knyttet til lunge- og kardiovaskulære systemer. De polymere pulverene som ble brukt i dette forsøket har en partikkeldiameter på ca. 50 μm. Derfor har innånding av partiklene mindre potensial til å forårsake helseproblemer, men mindre partikler er tilstede selv i smale partikkelstørrelsesfordelinger. For det sikreste miljøet bør klargjøring av strømningscellene gjøres i en avtrekkshette.
- Beregn bulkpakningstettheten (ρ) ved å bruke forskjellen mellom den utpakkede (m u) og pakkede flytcellemassen (mp) og dividere den med volumet av strømningscellen. Volumet av strømningscellen er da kjent [lengde (l): 50 mm, bredde (b): 5 mm, kanaldybde (h): 0,8 mm].
EQ 13. Klargjøring av oppløsningsvæsken
- Forbered en 75 vekt% løsning av etanol i vann. Merk at oppløsningsvæsken vil bli referert til som væsken i resten av dette manuskriptet.
FORSIKTIG: Forsikre deg om at begeret som brukes til å forberede løsningen er fri for overflateaktive stoffer, da overflateaktive stoffer vil påvirke resultatene.
4. Klargjøre det hvite lysbordet
- For å unngå å oversvømme detektoren (kameraet) med for mye lys, dekk lysbordet med et ugjennomsiktig materiale, for eksempel et 3D-trykt deksel i svart polylaktinsyre (PLA) filament (tilleggsfigur 1). Sørg for at materialet har en åpning som er på størrelse med mikrokanalen (5 mm x 55 mm) for å la lys belyse pulveret.
MERK: For mye lys betyr at skjermen eller skjermen på kameraet vil virke hvit og mikrokanalen vil ikke være synlig. Derfor vil detektoren ikke kunne fokusere linsen på mikrokanalen. - For å sikre at kameraet på mobilenheten kan fange kontrasten mellom det våte og tørre pulveret, bruk lysbordet med lav til middels lysintensitet.
MERK: Høy lysintensitet er på 100%. De to andre innstillingene er i forhold til den høye lysintensiteten; Innstillingen for lav lysintensitet er på ~ 30%, og middels lysintensitet er på ~ 65%. - Juster kameraet på mobilenheten rett over lysbordet. Bekreft at kameraet er vinkelrett på toppen av lystabellen (figur 2).
- Orienter kameraet på mobilenheten slik at den lange aksen til mobilenheten justeres med den lengste aksen i flytcellen.
5. Starte eksperimentet
- Plasser flytcellen på lysbordet og fokuser kameraet på mobilenheten på strømningskanalen.
MERK: For optimale resultater vil et mørkere (redusert overhead lighting) opptaksområde vanligvis gi bedre bildeoppløsning. Hvis et mørkt område ikke er tilgjengelig, bør minimering av endringer i overheadbelysning (lys slås på, slås av eller dimmes) under opptak, forbedre grafiske signaler og minimere uønsket støy i eksperimentet. - Etter å ha fokusert kameraet på mobilenheten, velg opptaksknappen. Tilsett 125 μL væske til det åpne innløpet av mikrokanalen ved hjelp av en pipette.
- Registrer strømmen i 2 minutter eller til alt pulveret er fuktet synlig.
6. Analysere dataene
- Overfør videofilen fra mobilenheten til datamaskinen for enkel tilgang. Merk at videoer over 2 min kanskje ikke lastes inn i programvaren på dette tidspunktet, da filstørrelsen kan være for stor.
- Last ned Tracker, en gratis programvare fra Physlets nettsted22. Denne programvaren kan spore posisjon, hastighet og akselerasjon i følgende videofiler: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv, etc. For følgende trinn, se tilleggsfil.
MERK: For Mac-brukere, installer den nyeste versjonen av programvaren for at programvaren skal fungere skikkelig. I tillegg kan Mac-brukere kreve en videomotor (Xuggle), animerte GIF-filer (.gif) eller bildesekvenser som består av ett eller flere digitale bilder (.jpg, .png eller limt inn fra utklippstavlen). - Når programvaren er installert, åpner du Tracker-programvaren. Fra Fil-menyen velger du Åpne fil for å laste den overførte videofilen fra trinn 6.1 på skrivebordet på datamaskinen.
- Klikk på Klippinnstillinger-ikonet, som ser ut som filmremsen, for å definere startrammen og trinnstørrelsen.
MERK: Hvis du plasserer musen over et ikon, identifiseres ikonet.- Definer startrammen. Startrammen er definert som rammen der den første kontrasten (kontrasten mellom det våte og tørre pulveret) observeres.
- Angi trinnstørrelsen. Trinnstørrelse refererer til rammetrinnstørrelsen, som programvaren vil analysere. Fra tidligere eksperimenter er den optimale trinnstørrelsen 10.
- Klikk på kalibreringsverktøyet, ikonet med den blå linjalen, til høyre for Clip Settings-knappen . Fra Ny velger du Kalibreringspinne.
- Hvis du vil zoome inn på linjalen i videoen, høyreklikker du området for å forstørre og velger Zoom inn fra listen. Når den er riktig forstørret, definerer du begynnelsen og slutten av 1 mm på linjalen tapet til mikrokanalen, og Type 1 mm for å definere avstanden.
- Klikk på koordinatakseverktøyet, som er det lilla ikonet, til høyre for kalibreringsverktøyet. Angi Origin for x- og y-aksen ved å bruke startrammen mens du gjør dette trinnet.
- For å definere det første analysepunktet, opprett en punktmasse. Klikk på Opprett, og velg deretter Punktmasse. Bruk Shift + Control for å endre størrelsen på rektangelet. Det første punktet er hvor innløpet og kanalen kobles sammen.
MERK: Rektangelet indikerer domenet, definert av brukeren, som programvaren vil skanne for å finne det kontrasterende våte og tørre pulveret. Grensen lar brukeren definere regionen der startpunktet skal observeres.- Klikk på Søk neste et par ganger for å bekrefte at programvaren analyserer riktig område. Hvis programvaren fungerer som den skal, klikker du på Søk og venter til programvaren er ferdig med å analysere videoen. Hvis programvaren ikke automatisk finner en matchende bildeintensitet fra forrige ramme til gjeldende ramme, stopper programvaren og venter på at brukeren omdefinerer søkeområdet.
MERK: For reproduserbarhet og muligheten til å sammenligne forskjellige eksperimentelle resultater, velg det raskeste eller tregeste punktet på fluidstrømningsfronten (kontrastområde mellom fuktet og tørt pulver) for hver prøve. - Hvis det observeres en analysefeil på de direkte plottede dataene på høyre side av sporingsskjermen, klikker du på datapunktet én gang i trinnet før det feilede datapunktet. Endre plasseringen for det røde rektangulære søkeområdet på hovedskjermen for å søke i interesseområdet og gjenta trinn 6.8.1.
MERK: Hvis det finnes en feil, høyreklikker du på det unøyaktige datapunktet og fjerner merket for punktet for videre analyse.
- Klikk på Søk neste et par ganger for å bekrefte at programvaren analyserer riktig område. Hvis programvaren fungerer som den skal, klikker du på Søk og venter til programvaren er ferdig med å analysere videoen. Hvis programvaren ikke automatisk finner en matchende bildeintensitet fra forrige ramme til gjeldende ramme, stopper programvaren og venter på at brukeren omdefinerer søkeområdet.
- Når analysen er fullført, kopierer og limer du inn resultatene i et regneark. Resultatene som lagres i regnearket, består av avstands- og tidsdata.
- Plott de kopierte dataene i regnearket som avstanden til væsketransport gjennom pulversengen som en funksjon av tid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I avsnittet om analyse av data illustrerer dataene for de tidsforløpte bildene i figur 3 den 75 vekt% etanoloppløsningen som infiltrerer polykarbonat (PC) pulveret. Fluorescein ble lagt til løsningen for å forbedre bildekvaliteten for denne publikasjonen. I time-lapse-bildene begynner den tidsløste prosessen når væsken tilsettes innløpet. Tid, t, starter så snart væsken begynner å trenge inn i kanalen. Serien av bilder demonstrerer utviklingen av væsken og fluorescein. I PC transporteres væsken og fluoresceinet med samme strømningshastighet. De åpne røde sirklene på plottet i figur 4 representerer nøyaktig tid og avstand til den sammenstilte informasjonen i tabell 1. Infiltrasjon av væsken i pulversengen kombinert med de inkrementelle tidstrinnene (røde sirkler) er visuelt representert i figur 3.
I intervallet fra 1 s til 2 s har avstanden reist av væsken doblet. I intervallet fra 2 s til 5 s dobles avstanden som væsken har reist, også. Fra 5 s til 10 s beveger væsken seg fortsatt raskt. Men etter 15 s reduseres strømningshastigheten til en hastighet på ca. 2 mm hver 5. For en enkelt pulver- og væskekombinasjon utføres fem tester i en enkelt gruppe. Antall totale tester kan variere for hver gruppe. For eksempel, hvis en av de fem eksperimentene mislykkes, vil en ny pakket mikrokanal bli analysert i stedet for den mislykkede testen. Svikt er definert som en væske som ikke trenger inn i pulversengen eller bare delvis trenger inn i pulversengen på grunn av boblene som dannes i kanalen som følge av inkonsekvent pulverpakking. For å observere standardavviket mellom et sett med tester i en gruppe, se Donovan 21, spesielt figur 19 og figur 21.
Figur 1: Polymerpulver løst pakket inn i en mikrofluidisk strømningscelle som kan resultere i et mislykket eksperiment hvis det ikke løses. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: En tegneseriefremstilling av det eksperimentelle oppsettet. Dette bildet er ikke tegnet i skala. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: En representativ timelapse-serie med bilder fra ett enkelt eksperiment. Bilder fra venstre til høyre eksemplifiserer strømmen av løsemiddel (forbedret med fluorescerende fargestoff for visualisering) gjennom den pakkede porøse sengen. Legg merke til at frontfronten ikke er jevn, så en gjennomsnittlig avstand til forplantningsfronten brukes vanligvis. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Kvantitativ representasjon av den gjennomsnittlige forplantningsavstanden (Δl) versus tid (t) når væsken trenger inn i den pakkede pulversengen. Røde sirkler representerer datapunkter for hvert tidsintervall som er vist i figur 3. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Tid(er) | Avstand (mm) |
| 0 | 0 |
| 1 | 2.1 |
| 2 | 4.1 |
| 5 | 8.3 |
| 10 | 12.8 |
| 15 | 15.8 |
| 20 | 17.9 |
| 25 | 20.1 |
| 30 | 22.1 |
Tabell 1: Avstands- og tidsverdier for de røde prikkene som er vist i figur 4.
Tilleggsfigur 1: CAD-tegning av det ugjennomsiktige 3D-skriverdekselet i filament av svart polylaktinsyre (PLA). Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfil: Skjermbilder av trinnene som er involvert i dataanalyse ved hjelp av sporingsprogramvaren. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen som er gitt er svært avhengig av materialegenskapene til partiklene som er valgt. Materialegenskaper som påvirker strømningen inkluderer partikkelstørrelsesfordeling 2,3,4,5,11,21, partikkeloverflateruhet 11, kjemiske egenskaper ved partikkeloverflaten 2,3,4,5,11,16,21,23, 24,25, molekylære dipolmomenter, partikkelform 11 og partikkel-partikkel-interaksjoner 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . Disse egenskapene påvirker direkte pakketettheten til pulveret i den mikrofluidiske kanalen og følgelig væskens kapillære strømningsoppførsel når den fukter partiklene 2,3,4,5,7,8,14,15.
Pulverpakningstettheten spiller en svært viktig rolle i denne teknikken. Hvis pulveret ikke er pakket tett nok, kan det oppstå luftbobledannelse eller segregering av pulver under avbildning, noe som forhindrer reproduserbar prøve. Derfor er det et svært viktig skritt å tappe den mikrofluidiske kanalen (trinn 2.1.1) mens du pakker pulver. Figur 1 representerer en mikrofluidisk strømningscelle med inkonsistent pakket pulver etter at væsken infiltrerte hele kanalen. Segregeringen av pulverene kan sees mot inngangen til kanalen. Når cellen er pakket, før eksperimentet kjøres, er kontroll av pulverpakningstettheten på lysboksen en nyttig måte å unngå denne typen mislykkede eksperimenter på. Pulverene som presenteres i denne protokollen har blitt analysert ved hjelp av en standardisert trykktetthetstest, spesielt ASTM D7481-18, for å rapportere bulkpakningstetthet som en funksjon av kraner20. ASTM D7481-18 trenger ikke å utføres for at den foreslåtte protokollen skal fullføres, men ASTM vil gi tilleggsinformasjon om pulveret.
Partikkelstørrelsesfordeling, en målbar egenskap, har direkte innvirkning på bulkpakningstettheten23,24,25. I et pakkesystem vil større partikler skape et stort tomrom, noe som gir en posisjon for de små partiklene å sette seg. Måling av forholdet mellom store og små partikler gir innsikt i volumet av tomrom for væsken å trenge inn i pulveret. Når du pakker den mikrofluidiske strømningscellen for et eksperiment, vil alle de små partiklene fylle tomrommet som er laget av større partikler. Minimering av tilgjengelige tomrom vil påvirke væsketransporten, samt gi flere steder for molekylær og partikkelretensjon å forekomme. For ytterligere teknikkforbedring må partiklene av tilsvarende størrelse (f.eks. De partiklene fra 60 μm til 65 μm) undersøkes videre for å avgjøre om denne teknikken har følsomhet for å skille mellom partikler med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på bare et par mikrometer forskjell.
Bulkdensitet er ikke en iboende egenskap ved pulveret, da det er svært avhengig av hvordan materialet håndteres26. Hvorvidt pulveret ble laget internt eller transportert med fly, tog eller bil, kan i stor grad påvirke verdien for bulkpakningstettheten, noe som påvirker partikkelstørrelsesfordelingen. Hvorvidt pulverprøvene velges fra toppen kontra bunnen av en beholder kan også påvirke resultatene. Tenk deg å åpne en boks med frokostblanding; Materialet på toppen består av alle de store stykkene, og materialet i bunnen av esken består av alle de mindre stykkene. På samme måte vil et pulver som har opplevd stress (vibrasjoner) fra reise ha en partikkelstørrelsesgradient gjennom beholderen.
For polymerpulver er det viktig å verifisere at de indre overflatene av strømningscellene har fått en hydrofob behandling. Hvis veggene i den mikrofluidiske strømningscellen ikke har blitt behandlet, oppstår det ofte veggeffekter ved avbildning av væsketransporten. Veggeffekter observeres når væsken beveger seg langs veggen mye raskere og lenger enn bulkvæskestrømmen gjennom pulveret av interesse. Hvis veggen ikke er hydrofob, tillater den en bane med minst motstand mot form, og væske vil strømme langs den banen (veggen) og ikke gjennom pulveret. Derfor tillater bruk av hydrofobe celler en mer representativ studie av strømmen av vandige systemer gjennom et porøst medium, mens hydrofile celler bør benyttes til organiske systemer.
For noen polymerpulver kan en triboladeeffekt26,27 som oppstår mellom pulverpartiklene og spissen av plastpipetten være tilstede. Som et resultat kan pulveret feste seg på utsiden av pipetspissen når pipeten lastes med pulverpartikler. Pulveradhesjonen har ikke forårsaket noe problem med overføring av pulveret eller partikkelpakningen. Men hvis partikkeladhesjonen blir et problem, kan et par modifikasjoner som kan redusere forekomsten av partikler som fester seg til pipeten forsøkes. Et alternativ er å fukte den ytre spissen av pipetten med vann og tørke spissen tørr for å forstyrre den statiske elektrisiteten. Et annet alternativ er å bruke en glasspipet i stedet for plast. Et tredje alternativ er å overføre pulverpartiklene i et mer fuktig miljø.
Teknikken er en nøysom metode for en endimensjonal (1D) måling av væskeinntrengingslengden i en 3D-partikkelseng. Derfor vil teknikken bare kunne redegjøre for den foretrukne strømningsbanen i retning av interesse.
Den nåværende protokollen diskuterer fluidisk transport gjennom et porøst medium, ved hjelp av et sparsommelig oppsett og eliminerer komplikasjonene og utgiftene til et optisk mikroskop. I tillegg, med et UV-transilluminerende bord for å opphisse fluorescerende og fotoluminescerende arter, kan teknikken også brukes til å avbilde molekylær og nanopartikkelskjebne og transport. For dette oppsettet må løsningsmiddelprotokollen modifiseres for molekylære og nanopartikkelsystemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Ingen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Microfluidic flow cell |
| Beaker | Southern Labware | BG1000-800 | Glassware |
| CALIBRE 301-58 LT Natural Polycarbonate Resin | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Natural polycarbonate resin |
| Ethanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Solvent |
| Fume Hood | Kewaunee | Supreme Air LV Fume Hoods | Used with 92 FPM at 18" opening |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Opaque 3D printed material | The CAD drawing is provided in the supplemental file | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Polyamide powder |
| Pipet | VWR | 10754-268 | Disposable Transfer Pipet |
| Pipette | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipette that can hold 125 µL of fluid |
| Polystyrene | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polystyrene for sintering |
| Tracker | Video analysis and modeling tool | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE | 3-3700 | White light |
| Water | Distilled water |
References
- Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. The 3D Printing Handbook. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210087418 (2021).
- Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from: https://uspto.report/patent/app/2021009515.2 (2021).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Midrez, N., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210107216. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011 (2021).
- Petosa, A. R., Brennan, S. J., Rajput, F., Tufenkji, N. Transport of two metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: Role of water chemistry and particle coating. Water Research. 46 (4), 1273-1285 (2012).
- Giordano, S. Effective medium theory for dispersions of dielectric ellipsoids. Journal of Electrostatics. 58 (1-2), 59-76 (2003).
- Toloni, I., Lehmann, F., Ackerer, P. Modeling the effects of water velocity on TiO2 nanoparticles transport in saturated porous media. Journal of Contaminant Hydrology. 171, 42-48 (2014).
- Dang-Vu, T., Hupka, J. Characterization of porous materials by capillary rise method. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 39, 47-65 (2005).
- Huang, W. E., Smith, C. C., Lerner, D. N., Thornton, S. F., Oram, A. Physical modelling of solute transport in porous media: evaluation of an imaging technique using UV excited fluorescent dye. Water Research. 36 (7), 1843-1853 (2002).
- Zhao, J., Li, H., Cheng, G., Cai, Y. On predicting the effective elastic properties of polymer nanocomposites by novel numerical implementation of asymptotic homogenization method. Composite Structures. 135, 297-305 (2016).
- Seymour, M. B., Chen, G., Su, C., Li, Y. Transport and retention of colloids in porous media: Does shape really matter. Environmental Science and Technology. 47 (15), 8391-8398 (2013).
- Ochiai, N., Kraft, E. L., Selker, J. S. Methods for colloid transport visualization in pore networks. Water Resources Research. 42 (12), (2006).
- Rottman, J., Sierra-Alvarez, R., Shadman, F. Real-time monitoring of nanoparticle retention in porous media. Environmental Chemistry Letters. 11 (1), 71-76 (2013).
- Xing, Y., Chen, X., Chen, X., Zhuang, J. Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media. Scientific Reports. 6 (1), 1-10 (2016).
- Dathe, A., et al. Functional models for colloid retention in porous media at the triple line. Environmental Science and Pollution Research. 21 (15), 9067-9080 (2014).
- Zhang, T., et al. Investigation of nanoparticle adsorption during transport in porous media. SPE Journal. 20 (4), 667-677 (2015).
- Zhang, Q., Karadimitriou, N. K., Hassanizadeh, S. M., Kleingeld, P. J., Imhof, A. Study of colloids transport during two-phase flow using a novel polydimethylsiloxane micro-model. Journal of Colloid and Interface Science. 401, 141-147 (2013).
- Environmental Protection Agency. Health and environmental effects of particulate matter (PM). EPA. , Available from: https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm (2021).
- Bridge, J. W., Banwart, S. A., Heathwaite, A. L. Noninvasive quantitative measurement of colloid transport in mesoscale porous media using time lapse fluorescence imaging. Environmental Science & Technology. 40 (19), 5930-5936 (2006).
- ASTMInternational. Standard test methods for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder. ASTMInternational. , (2018).
- Donovan, K. J. Microfluidic investigations of capillary flow and surface phenomena in porous polymeric media for 3D printing. , Oregon State University. (2019).
- Brown, D., et al. 34;Try Tracker Online." Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. , Available from: https://physlets.org/tracker/ (2022).
- Janssen, P. H. M., Depaifve, S., Neveu, A., Francqui, F., Dickhoff, B. H. J. Impact of powder properties on the rheological behavior of excipients. Pharmaceutics. 13 (8), 1198 (2021).
- Boschini, F., Delaval, V., Traina, K., Vandewalle, N., Lumay, G. Linking flowability and granulometry of lactose powders. International Journal of Pharmaceutics. 494 (1), 312-320 (2015).
- Yablokova, G., et al. Rheological behavior of β-Ti and NiTi powders produced by atomization for SLM production of open porous orthopedic implants. Powder Technology. 283, 199-209 (2015).
- Lumay, G., Fiscina, J., Ludewig, F., Vandewalle, N. Influence of cohesive forces on the macroscopic properties of granular assemblies. AIP Conference Proceedings. 1542, 995 (2013).
- Lumay, G., et al. Effect of relative air humidity on the flowability of lactose powders. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 35, 207-212 (2016).
